Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Внутренние транспортные системы тепличных хозяйств и животноводческих комплексов. типы электроприводов .10
1.1 Внутренний транспорт теплиц 10
1.1.1 Транспорт между рядами теплиц 10
1.1.2 Транспорт центрального прохода 13
1.2 Транспортные системы животноводческих комплексов 15
1.3 Монорельсовый транспорт с электроприводом 17
1.4 Электропривод монорельсовых транспортных систем 19
1.4.1 Система типа «вращающийся электродвигатель-редуктор–колесо» 19
1.4.2 Электропривод на базе линейного асинхронного двигателя 23
1.5 Применение ЛАД в промышленности и сельском хозяйстве (АПК) 26
1.6 Выводы по главе и задачи работы 28
ГЛАВА 2 Монорельсовые транспортные системы с электроприводом на основе лад .29
2.1 Компоновочная и структурная схемы тягового модуля с ЛАД 29
2.2 Расчет сил сопротивления движению .31
2.3 Физические особенности работы ЛАД 34
2.4 Расчетные модели ЛАД, краткий анализ .37
2.5 Трёхмерная расчетная модель и методика расчета характеристик 40
2.6 Возможности полученных решений и программы расчета 47
2.7 Расчет характеристик по схеме замещения .49
2.8 Предварительный выбор основных конструктивных параметров ЛАД для монорельсовой транспортной системы .53
2.9 Пример расчета по схеме замещения 56
2.10 Выводы по главе 59
ГЛАВА З Анализ и расчетно-теоретические исследования характеристик линейного асинхронного двигателя 60
3.1 Общие положения и решаемые задачи 60
3.2 Влияние физических свойств материала обратного магнитопровода на характеристики ОЛАД 63
3.3 Исследуемые показатели 66
3.4 Исследуемые параметры и ограничения 68
3.5 Метод исследования 73
3.6 Результаты исследования 80
3.7 Последовательность выбора рациональных значений параметров по результатам исследований 82
3.8 Практический пример 85
3.9 Выводы по главе 86
ГЛАВА 4 Экспериментальные исследования лабраторной модели лад и полномасштабного макета монорельсового тягового модуля с линейным асинхронным двигателем 87
4.1 Лабораторная модель двухстороннего ЛАД 87
4.2 Полномасштабный макет тягового модуля монорельсового транспорта с линейным асинхронным электродвигателем 92
4.3 Электрическая принципиальная схема электропривода 94
4.3.1 Преобразователь частоты, режимы работы, основные характеристики 94
4.3.2 Вопросы электромагнитной совместимости 97
4.4 Результаты исследования полномасштабного макета 100
4.4.1 Магнитное поле в зазоре и нормальные силы 100
4.4.2 Поток в ОМ и ограничения по индукции в зазоре 103
4.4.3 Режимы холостого хода и короткого замыкания 103
4.4.4 Механические характеристики v(Fx) 104
4.5 Выводы по главе 107
ГЛАВА 5 Технико-экономическое обоснование .108
5.1 Определение стоимости оборудования и проводимых работ 108
5.2 Выводы по главе .112
Заключение .113
Список используемой литературы 115
- Транспортные системы животноводческих комплексов
- Расчетные модели ЛАД, краткий анализ
- Влияние физических свойств материала обратного магнитопровода на характеристики ОЛАД
- Полномасштабный макет тягового модуля монорельсового транспорта с линейным асинхронным электродвигателем
Введение к работе
Актуальность работы
Сельское хозяйство, как никакая другая отрасль, характеризуется широким спектром машин и механизмов, отличающимся видами и параметрами движения исполнительного органа, режимами и условиями работы, приводными характеристиками.
Широкое использование автоматизированного электропривода позволит повысить производительность труда и конкурентоспособность отечественных продуктов. Сказанное относится к животноводству, полеводству, послеуборочной обработке зерна, тепличным хозяйствам, приготовлению и раздаче кормов, водоснабжению. Особенно остро стоит вопрос снабжения населения свежими овощами в зимнее время (северные районы), что требует резкого увеличения площадей тепличных хозяйств.
Производительность труда в животноводческих комплексах и тепличных хозяйствах во многом зависит от систем внутреннего транспорта: раздача кормов, уход за растениями в теплицах, внесение удобрений, сбор и транспортировка урожая.
В последнее время за рубежом используются системы внутреннего монорельсового транспорта (фермы) в основном для раздачи комбикормов. В теплицах такой тип транспорта рационален для центрального коридора, то есть вывоза продукции. В таких транспортных средствах используется электропривод по схеме: электродвигатель (ЭД) – редуктор – ведущие ролики – монорельс. Такой системе свойственны недостатки: загрязнение и пробуксовка роликов, сложная кинематическая схема.
В работе рассматривается монорельсовая транспортная система с электроприводом на базе линейного асинхронного двигателя. Такой тип привода упрощает кинематическую схему, повышает надежность.
Цель работы: совершенствование систем монорельсового внутреннего транспорта животноводческих комплексов и тепличных хозяйств путем применения линейного асинхронного двигателя.
Для достижения сформулированной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:
-
Выполнить анализ используемых транспортных систем в тепличных хозяйствах и животноводческих фермах.
-
Разработать компоновочную схему монорельсового транспортного средства с линейным асинхронным двигателем.
-
Обосновать выбор методики расчета характеристик линейного асинхронного двигателя (ЛАД) и на её основе выполнить анализ влияния параметров на показатели машины.
-
Выполнить расчетно-теоритические исследования характеристик ЛАД в зависимости от основных конструктивных параметров и сформулировать последовательность выбора их рациональных значений.
-
Разработать и создать экспериментальную полномасштабную модель монорельсового тягового модуля с ЛАД и питанием от преобразователя частоты (ПЧ). Выполнить комплекс экспериментальных исследований, позволяющий выявить особенности работы ЛАД, оценить достоверность используемой методики по магнитному полю в зазоре и интегральным характеристикам в диапазоне частот (515) Гц.
Объект исследования: линейный асинхронный электродвигатель в составе электропривода транспортного модуля.
Предмет исследования: тягово-энергетические показатели ЛАД в зависимости от конструктивных параметров.
Методы исследования: для исследования поставленных в
диссертационной работе задач использовалась методика расчета характеристик ЛАД, базирующаяся на рассмотрении 3-х мерного магнитного поля в зазоре; элементы теории планирования эксперимента; экспериментальные исследования.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Компоновочная схема тягового модуля с односторонним линейным асинхронным двигателем монорельсовой транспортной системы для животноводческих ферм и теплиц.
-
Разработка и создание полномасштабной модели тягового модуля монорельсовой транспортной системы на основе одностороннего ЛАД (ОЛАД), позволяющая вести натурные исследования режимов работы и влияния конструктивных параметров на характеристики.
-
Результаты расчетно-теоретических исследований основных характеристик ОЛАД в виде линейных полиномов, которые позволяют на стадии разработки определить наиболее рациональные значения параметров и тягово-энергетические показатели.
-
Сформулирована последовательность определения основных параметров по заданному тяговому усилию.
-
Результаты экспериментальных исследований магнитного поля в зазоре и интегральных характеристик при различных частотах.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
1. Разработка и создание полномасштабной модели монорельсового
транспортного модуля с односторонним линейным асинхронным
двигателем.
2. Результаты экспериментальных исследований ЛАД по магнитному
полю в зазоре, интегральным характеристикам.
-
Установлены ограничения на значения параметров по насыщению обратного магнитопровода (полки монорельса).
-
Результаты расчетно-теоритических исследований характеристик ЛАД в зависимости от основных конструктивных параметров и последовательность выбора их рациональных значений.
Практическая ценность работы и реализация её результатов: в ходе
диссертационного исследования создан полномасштабный модуль монорельсовой
транспортной системы с линейным асинхронным электродвигателем. Полученные
расчетно-теоретические и экспериментальные результаты позволяют
сформулировать рекомендации по проектированию низкоскоростных
монорельсовых транспортных систем с линейным асинхронным
электродвигателем. Полученные результаты могут быть полезными и для других технологических линий в АПК.
Результаты исследования приняты к использованию в учебном процессе и научной работе ФГБОУ ВПО СПбГАУ.
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректной постановкой задач исследований, использованием проверенной методики расчета характеристик ЛАД, элементов теории планирования эксперимента, результатами экспериментальных исследований лабораторной модели двухстороннего ЛАД (ДЛАД) и полномасштабного тягового модуля.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на 7 научно-практических конференциях, в том числе на Международной научной сессии «Инновационные проекты в области агроинженерии» (Москва, 2011г., ФГОУ ВПО МГАУ)
Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 статей, в том числе 4 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка использованной литературы, включающего в себя 101 наименований, и приложения. Основное содержание работы изложено на 138 страницах текста, содержит 49 рисунков, 18 таблиц.
Транспортные системы животноводческих комплексов
Животноводческие комплексы страны построены в 70-80-е гг. ХХ века, морально и физически устарели, как по компоновке самих строений, так и по установленному там оборудованию.
В последние годы около крупных городов строятся современные животноводческие фермы КРС, свиноводческие комплексы и птицефабрики. Для функционирования этих объектов и достижения высоких показателей необходимы соответствующие корма (по рациону), своевременная их раздача, а следовательно, и развитая внутренняя транспортная система.
Для раздачи кормосмесей и стебельчатых кормов на фермах КРС используют стационарные установки, мобильные транспортеры, комбинированные средства. К стационарным относятся транспортеры с металлической лентой для одностороннего либо двустороннего подхода животных, а также раздатчики кормов, оборудованные передвигающимся ленточным транспортером над кормушками. Мобильные кормораздатчики существуют как в виде агрегатов для тракторов, так и самоходные. В конце 80-х годов было начато производство агрегатируемых с трактором раздатчиков-кормосмесителей (рисунок1.6), которые могут перемешивать перед раздачей загруженные в бункер компоненты корма. Использование мобильного кормораздатчика гораздо эффективнее, чем применение стационарной установки, ввиду его сменяемости в случае поломки и возможности обслуживания одним агрегатом нескольких технологических групп или всей фермы. Данные агрегаты рациональны для использования на племенных фермах и в родильных отделениях, но нуждаются в хорошем состоянии подъездных путей. Для мобильных кормораздатчиков, агрегатируемых с трактором, кроме того, необходимы широкие проезды, что связано с неэффективным использованием площадей ферм и нарушением микроклимата.
Передвижной кормораздатчик предусмотрен для раздачи определенных кормов. Одни могут раздавать сухие корма, другие – жидкие, третьи – полужидкие и твердые, четвертые – измельченную траву и силос. Существует кормораздатчик, который способен смешивать разные корма во время раздачи. Это кормораздатчик-смеситель. Подобные машины широко используют также для транспортировки кормов к стационарным машинам-кормораздатчикам.
. Робот-кормораздатчик Pellon 600 (Финляндия) Самый современный кормораздатчик представляет собой самоходную машину с электроприводом или робот-кормораздатчик (рисунок 1.7). [8] 1.3 Монорельсовый транспорт с электроприводом
В последние годы всё больше крупных компаний производят транспортные системы для АПК с использованием монорельса и электропривода. Особое распространение такие системы получили в системах кормораздачи.
Механизм кормового робота основан на подвесной системе: процесс движения осуществляется электроприводом по оборудованной в верхней части коровника монорельсовому пути и управляется дистанционно, с помощью электронного оборудования.
Монорельсовый путь (рисунок 1.8), как правило, представляет собой двутавр (рисунок1.8.б), который подбирается исходя из необходимых требований (диаметр колеса, предельный вес устройства с грузом). Ролики представляют собой чаще всего обычные стальные колеса диаметром от 125 до 300 мм. а) б) Рисунок 1.8 Варианты подвеса монорельсовых систем а) скрытый вариант подвеса; б) подвес на типовой двутавр. Рисунок 1.9 Монорельсовый кормораздатчик Pellon 600 в рабочих условиях Такой способ передвижения имеет ряд преимуществ по сравнению с приводом от трактора и тем более ручным трудом: - экономия площади помещений за счёт использования монорельса, необходимая площадь для проезда транспортной системы сокращается по сравнению с прицепным или самоходным кормораздатчиком; - уменьшение загрязнения движущихся устройств и, как следствие, уменьшение вероятности выхода их из строя; - экологичность, так как используется электроэнергия. Монорельсовые системы также имеют и ряд недостатков: - использование подвесных систем возможно только при наличии монорельса, в связи с этим появляются сложности, связанные с конструктивным исполнением; - проблемы, связанные с подводом питания (автономное или кабельное питание).
Указанные проблемы за рубежом практически решены и монорельсовые транспортные системы находят всё большее применение. Такая система представляется весьма рациональной для вывоза продукции тепличных хозяйств по центральному коридору (достаточно длинный прямолинейный путь).
В рассматриваемой монорельсовой системе возможно применение классического привода «мотор-редуктор-колесо», где ведущие колёса связаны с двигателем через редуктор (рисунок 1.10). Колесо передвигается по полке двутавра.
В качестве ведущего может быть использовано зубчатое колесо, но в большинстве случаев применяются цилиндрические ролики.
Мощность электроприводов зависит от массы груза, скорости транспортировки и особенностей трассы (участки с наклоном и подъемом). Сегодня подвесные конвейеры используются для перемещения грузов массой от 100 до 8000 кг, моментом вращения от 50 до 680Нм и допустимой нагрузкой на одну пару колес от 4400 до 25000 Н. Тяговое усилие определяет вертикальная составляющая груза и коэффициент сцепления.
Особенностью редукторов для подвесных конвейеров является потребность в интегрированном в редуктор механическом сцеплении для разделения силового потока. В случае неисправности оно позволяет легко перемещать ходовой механизм вручную или буксировать его с помощью специального тягового устройства в пределах рабочего или наклонного участка.
Расчетные модели ЛАД, краткий анализ
Можно выделить некоторые, общие для всех расчётных моделей, допущения:
1. Модели - линейные, то есть магнитная проницаемость стальных магнитопроводов или постоянная (//j=const для сплошного ОМ) или уц » juo (для расслоенного сердечника индуктора). Насыщение в некоторых моделях учтено, но весьма приближенно.
2. Распределение обмотки не учитывается, рассматривается беспазовая структура с бегущей синусоидальной волной линейной плотности тока. Наличие пазов учитывается с помощью коэффициента Картера, Г= 5 Ks
3. Краевые эффекты в продольном и поперечном направлениях учтены конечностью намагничивающих сил, но не сердечников. Концевой эффект при скоростях до 3 м/с (число Рейнолдса 0 5) возможно не учитывать [37].
4. Решение задачи в большинстве методик проводится при постоянстве тока в обмотке /i=const. Очевидно, что в этом случае решается так называемая внутренняя задача, характеризирующая только процессы в зазоре и вторичной структуре. При этом напряжение питания будет изменяться в зависимости от скольжения s и характеристику U(s) можно получить, введя в расчёт внешнее рассеяние (сопротивление обмотки).
Трёхмерная расчетная модель и методика расчета характеристик Трехмерная расчётная модель по рисунку 2.8, базирующаяся на её основе методика и программа расчёта интегральных и локальных характеристик были разработаны в ЛПИ [37]. Одним из авторов указанных разработок является А.П. Епифанов. При постановке задачи приняты указанные выше (см. раздел 2.4.) допущения. Кроме того: ток обмотки, уложенной на длине 2рс, сосредоточен в бесконечно тонких токовых слоях и создаёт чисто синусоидальную бегущую волну МДС F=Fm-f(z)exp j(a)t-dx). Амплитуда МДС связана известным [17]
Решение уравнений (2.13, 2.14) получено для двух составляющих магнитного потенциала Az, Ах для указанных выше областей (3, d2, ds) методом разделения переменных [18] и известных граничных условиях для В, Н, Е, J. [37]
Суммируя частные решения по п, v, получены выражения для составляющих А в виде двойных рядов Фурье.
Далее определяются распределение составляющих электромагнитного поля, рассчитываются интегральные характеристики - силы, мощности, энергетические показатели в следующей последовательности.
Находят силу тяги Fx, нормальную Fy, мощность Р2 = Fx v, электромагнитную мощность 5ЭМ = Рэм + jQ3M .
Интегрирование ведется по площади активной поверхности РШ. Электромагнитная мощность S3M передаётся через активную поверхность У=д (рисунок 2.8) в зазор и РШ. Активная составляющая расходуется на полезную механическую мощность Р2 = Fxv и потери ЛР2. Таким образом Рзм = Р2 + ЛР2. Реактивная составляющая Q3M идёт на создание основного магнитного потока. Наиболее общим является расчёт электромагнитной мощности через вектор Пойнтинга [11] Сама методика апробирована путем сравнения рассчитанных данных с опытными для вращающихся АД, опытных образцов ЛАД, лабораторных физических моделей при /=const и [7=const. [23,24,25,37]
Возможности полученных решений и программы расчета
Полученные выражения для составляющих электромагнитного поля, интегральных характеристик (Fx, Fy, S3M, цэм, соэрэм, ц, coscp) реализованы в программе для ПК и позволяют вести исследования ЛАД различного конструктивного исполнения. 1. Исполнение индуктора: двухсторонне (ДЛАД) и односторонние (ОЛАД). 2. Обмотка индуктора: однослойная, двухслойная, как с полузаполненными пазами в концевых зонах, так и с полностью заполненными. 3. Обратный магнитопровод в ОЛАД может быть расслоенным (уом=0, Мом»мо) или массивным (уом= у3 =const). При этом роль массивного обратного магнитопровода выполняет слой «3» РШ. где у2 — удельная электропроводность материала клетки; q2cu - поперечное сечение стержня; t2 - зубцовое деление вторичной структуры. Очевидно, что в этом случае не учитывается эффект вытеснения тока в стержне клетки и иной характер имеет вторичное рассеяние. Поэтому метод правомерен только при относительно низких частотах вторичного тока.
Таким образом, методика и программа позволяют проводить исследования ЛАД для большинства практически целесообразных форм исполнения индуктора, обмотки и вторичной структуры. 2.7 Расчет характеристик по схеме замещения
За предыдущие годы разными авторами были предложены различные схемы замещения ЛАД [2,16,44], позволяющие вести оценочные расчеты характеристик машин. Параметры схем определяются по значениям конструктивных параметров при различных допущениях. Наиболее применимой для рассматриваемого в работе ЛАД, представляется параллельная схема замещения А.И. Вольдека [16] (рисунок 2.10).
Rj - активное сопротивление фазной обмотки; xffi - индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки; ха2 - индуктивное сопротивление рассеяния вторичной цепи; хг - индуктивное сопротивление намагничивающего обусловленное потоком взаимной индукции;
R 2 - активное приведённое сопротивление РШ; R\M - активное приведённое сопротивление ОМ.
Наибольшее влияние на величину х„ оказывает пазовая и лобовая составляющие проводимости, в меньшей степени рассеяние по коронкам зубцов и дифференциальное, которые в свою очередь могут быть учтены поправочным коэффициентом = 1,15.
Влияние физических свойств материала обратного магнитопровода на характеристики ОЛАД
Расчетно-теоретически исследования характеристик являются логически необходимым этапом работы по подготовке и разработке любых типов новых машин, в том числе и для двигателя тягового модуля. Проводятся такие исследования, как правило, анализом поведения основных показателей машины (или характеристик) при изменении параметров в практически реализуемых пределах. При этом выбор самих исследуемых показателей и параметров (независимых переменных) зависит от назначения машины, предъявляемых к ней требований, ограничений по габаритам, массе, электромагнитным нагрузкам и по значениям конструктивных параметров.
В печати опубликовано много работ по определению наиболее рациональных значений параметров (по различным критериям) для высокоскоростных ЛАД [18,22,27,47,51,57]. Однако, следует отметить, что результаты этих работ не могут непосредственно использоваться для низкоскоростных машин, каковым является ЛАД для тягового модуля, из-за большой разницы влияния концевого эффекта [37,44]. При этом сами методы исследований могут оказаться полезными и для данной работы.
Характеристики ЛАД, как и любой другой электрической машины, определяются электромагнитными нагрузками и значениями конструктивных параметров.
Цель расчетно-теоретических исследований может быть сформулирована следующим образом: при ограничении величины воздушного зазора снизу min, некоторых габаритных размеров по условиям размещения, массовых показателей, физических свойств используемых материалов (в основном РШ) выбором других параметров обеспечить требуемое тяговое усилие Fx в установившихся и динамических (разгон, торможение) режимах с наилучшими энергетическими показателями. Или, другими словами, необходимо выполнить анализ тягово-энергетических показателей ЛАД в зависимости от конструктивных параметров с учетом ограничений и предъявляемых требований.
Для рассматриваемой в работе системы электропривода (рисунок 1.10) предлагается использовать односторонний ЛАД с массивным обратным магнитопроводом (МОМ), как наиболее рациональный вариант. При этом роль ОМ выполняет полка двутавра (монорельса) (рисунок 3.1) с определёнными физическими свойствами материала - удельной электропроводностью у3 и магнитной проницаемостью різ, которая является функцией напряженности магнитного поля Из или индукции Вз.
Для двутавра 20Ш1, использованного для создания полномасштабной экспериментальной установки в лаборатории кафедры, ширина полки 6=150 мм., толщина /=10 мм, высота /7=200 мм (рисунок 3.1.). Критерием при выборе номера двутавра служит механическая прочность, величина прогиба балки при расположении нагрузки Fн посредине между опорами, расстояние между опорами (в лаборатории 6м.). Результаты расчетов прогиба балки в зависимости от подвешенного груза представлены в таблице 3.1.
B Из таблиц 3.2-3.4 следует, что для получения приемлемых для практики результатов необходимо, чтобы / 200, при этом Вом1,7 Тл. Например, при f=10 мм, т=0,2 м индукция в зазоре ограничена величиной Д 0,22 Тл.
Исходя из сказанного, параметры ОЛАД, в том числе и линейная токовая нагрузка, должны выбираться согласованно, при выполнении условия (3.5).
Отсутствие опыта создания и эксплуатации промышленных низкоскоростных транспортных систем с ОЛАД и массивным обратным магнитопроводом исключает возможность использования единого универсального критерия оценки ЛАД, как части системы, поэтому в дальнейшем в качестве анализируемых показателей приняты основные тягово-энергетические характеристики Fx, КПД rj, коэффициент мощности coscp. При этом тяговое усилие косвенно, через индукцию и поток в зазоре, габариты сердечника отражает капитальное затраты, а КПД и coscp - эксплуатационные расходы. Особо отметим, что при питании от ПЧ (см. рисунок 2.2) коэффициент мощности на зажимах сети (или ПЧ) близок к значению (0,90,95) [89] при соответственном выборе емкости конденсатора Cф, поэтому этот показатель здесь не отражает экономичность потребления активной мощности из сети, а влияет только на потери в обмотке ЛАД. Указанные характеристики являются не только функциями конструктивных параметров, но и скольжения, поэтому следует определиться с рабочим режимом, то есть с определением номинального скольжения и перегрузочной способности ЛАД при [7=const. При этом важно знать, как относительную величину sH, так и частоту вторичных токов fi.
Полномасштабный макет тягового модуля монорельсового транспорта с линейным асинхронным электродвигателем
Технический прогресс приводит к постоянному росту концентрации электрических и электронных компонентов на малой площади (пространстве) при одновременном увеличении тактовых частот устройств обработки информации и силовой электроники. Системы привода ПЧ-АД работают при частотах до 20 кГц, транзисторы коммутируют высокие токи и напряжения практически в ключевом режиме. Поэтому всё больше увеличивается опасность взаимного воздействия и, как следствие, нарушение функционирования. Электромагнитное влияние (воздействие) сказывается в основном на высоких частотах.
Крутизна фронта импульсов напряжения, следовательно, и спектр частот определяются временем переключения силовых ключей инвертора и для транзисторов IGBT іф= (15)нс [32]. Прохождение импульсного сигнала с крутым фронтом вызывает переходные процессы в цепи АИН - кабель - АД. Сам кабель при этом рассматривается как длинная линия с распределёнными параметрами [32] Рисунок 4.8 Эквивалентная схема линии: Rs - последовательное сопротивление; Ri - сопротивление изоляции; Ls паразитная индуктивность; Ср - паразитная емкость; ZL - последовательное полное сопротивление; Zq - параллельное полное сопротивление
Время Тф прохождения фронта импульса от выхода АИН до зажимов АД зависит от длины кабеля и скорости иф. Если Тф t p, то в конце кабеля т.е. на зажимах АД, возникает отражённая волна напряжения n2Ui, которая, суммируясь с прямой волной Ui, образует стоячие волны. В результате напряжение на клеммах
АД будет U2=Ui(l+n2L где 0 п2 1 - коэффициент отражения, п2=п2тах— при Тф іф. Таким образом, от Я и иф зависит критическая длина кабеля 1кр. Считается [19], что lKV -, при этом к обмоткам приложены импульсы напряжения, близкие к двойному напряжению источника Ud. В зависимости от характеристики IGBT, мощности АД и типа кабеля 1кр=(7 20) м.
Перенапряжение в сочетании с высокой крутизной фронтов импульсов приводят к снижению срока службы изоляции и даже пробоям. Кроме того, при этом в изоляции возникают заметные диэлектрические потери. Для АД, работающих от ПЧ, требования по сопротивлению изоляции выше, RU320 МОм. Электромагнитная совместимость узлов установки и всей системы в целом (уровень помех, помехоустойчивость) достигается в основном выполнением требований к монтажу: тип и длина кабеля, экран, заземления, фильтры [64].
Кроме указанных выше явлений работа преобразователя оказывает негативное влияние на сеть: импульсный режим вызывает появление высших гармоник напряжения сети, и оно перестает быть синусоидальным. На рисунке 4.9, представлен однофазный сетевой выпрямитель с конденсатором, демонстрирующий механизм появления гармоник. Конденсатор заряжается в те промежутки времени, когда напряжение сети выше чем на конденсаторе. Поэтому ток в подводящей линии имеет форму коротких высоких несинусоидальных пиков подзарядки. Они, в свою очередь, вызывают на сопротивлении сети Z падения напряжения. Оно становится ощутимым для других потребителей, подключенных к точкам (UN), как искажение напряжения. На рисунке 4.9.б представлены подобные характеристики, но для трёхфазного выпрямителя как звена постоянного тока в преобразователе частоты.
Большое содержание высших гармоник может привести к пиковым нагрузкам и просадке напряжения в сети. Генераторами сетевых гармоник являются: устройства плавного пуска (УПП), ПЧ, ТРН, ШИП, дуговые электропечи, люминесцентные лампы, насыщенные магнитные цепи дроссели, трансформаторы и др. Сетевые гармоники вызывают повышенные потери в трансформаторах и двигателях, кабелях (в том числе и диэлектрические), нагрев и старение конденсаторов, ошибки измерений и т.д.
Магнитное индукция в зазоре Ву(х) при д=2мм измерялась с помощью преобразователей Холла, а поток в зазоре и ОМ милливеберметром и рамками по полюсному делению и поперечному сечению ОМ при питании обмоток постоянным током по схеме (рисунок 4.10, а). При /И=20А эквивалентный трехфазный ток [74]: подтверждает то, что магнитная система не насыщена.
Нечетное количество полюсов по длине индуктора обусловлено типом обмотки (полузаполненные пазы в крайних зонах). Это совпадает с проведёнными ранее исследованиями [23,24,25]. Следовательно, в зазоре будет пульсирующая составляющая магнитного поля, индукция которого зависит от конструктивных параметров. Согласно исследованиям А.И. Вольдека [16] магнитная индукция пульсирующего поля зависит от величины зазора и не превышает (1015)% от By. Это поле частично демпфируется реактивной шиной, реально несколько увеличивая общие потери. В данном случае, при низких частотах, это явление проявляется слабо.
Данные опытов и расчетов силы F3M через индукцию в зазоре дали удовлетворительное совпадение. Эти результаты позволили проверить дополнительно достоверность методики [37] по расчету нормальных сил. Выполненные расчеты Fy при/ї=15Гц, h =20А, =28000А/м показали, что значение =675Н получено при скольжении s=0,04 (рисунок 4.15), когда электродинамической составляющей [37] можно пренебречь (sin(p3M=0,96). Следовательно, можно говорить о высокой степени достоверности расчета не только силы Fy, но и нормальной составляющей индукции В5у.
Поток в ОМ и ограничения по индукции в зазоре Поток в ОМ измерялся при питании обмотки по схеме рисунок 4.7,а с помощью рамки и милливеберметра. Величина индукции Вом = . Измерения показали, что поток в ОМ Фом = (0,55 + 0,6)Ф5, где Фв=\- В8 т 2с -максимальный поток в зазоре. Такой результат согласуется с полученными, ранее данными [75]. Так, при 5=0,4Тл поток Ф5 =3,67-10"3Вб, Фом=2,28-10-3Вб, Вом = 1,7 Тл. Для литья или проката это значение близко к наибольшему допустимому значению (Н=5500 А/м, ц=1,8-10"4 Гн/м, цг=140). Следовательно, существует ограничение на величину Вьу по насыщению ОМ. Это явление следует учитывать при выборе параметров, главным образом т/Л в реальных электроприводах, в частности полюсного деления. Кроме того, при переменном токе (и потоке) будет сказываться поверхностный эффект [59], и это влияние возрастает с увеличением частоты скольжения/? =sfi.
